带钢桁架转换层高层建筑结构设计分析

带钢桁架转换层高层建筑结构设计分析【摘要】现代带钢桁架转换层高层建筑空间功能朝着体形复杂、功能多样发展的趋势，为适应这一功能的运用，带钢桁架转换层高层建筑结构需设置上部小空间、下部大空间功能的过渡带钢桁架转换层结构。因此，对带钢桁架转换层高层建筑带钢桁架转换层结构设计的研究，对保整栋高层建筑质量、提高抗震强度、降低投资成本具有重大的现实意义。桁架式带钢桁架转换层传力明确、传力途径清楚。其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该带钢桁架转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。

【关键词】带钢桁架，高层建筑，带钢桁架转换层，结构设计中图分类号： tu97 文献标识码： a 文章编号：

一．前言

带钢桁架转换层结构的设计对整栋楼层起着至关重要的环节，所以，控制好带钢桁架转换层结构在设计时的注意事项，及时提出措施加以解决就显得尤为重要。本文笔者就结合自己多年来在带钢桁架转换层结构设计方面的研究和实践工作经验，对于建筑带钢桁架转换层结构设计进行研究分析，希望对于该领域的研究具有一定

的作用。

二．带钢桁架转换层高层建筑结构设计简析

为满足带钢桁架转换层高层建筑结构将上部布置小空间，刚度大的剪力墙，下部布置大空间、刚度小的框架柱而专门在楼层拦腰一层设置的一种转换结构构件。一般随建筑结构的多样性呈现多种形式，有的是非曲直转换板形式，实心的厚板结构，里面不能住人；有的是转换梁结构，可以安装设备或住人，其高度限定在2.2m以下，以减少占用规划指标。带钢桁架转换层的结构形式，一般分为：斜杆桁架式、梁式、空腹桁架式、箱形和板式。其中较为常用的结构形式为梁—柱体系。

三．带钢桁架转换层高层建筑结构的构造要求

带桁架带钢桁架转换层的结构应按“强化带钢桁架转换层及其下部、弱化带钢桁架转换层上部”的原则，使带钢桁架转换层上下主体结构的侧向刚度尽量接近，平滑过渡。抗震设计时。控制带钢桁架转换层上下主体的结构侧向刚度，当带钢桁架转换层设置在 3 层及 3 层以上时。其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的 60％。将转换桁架置于整体空间结构中进行整体分析。此时，腹杆作为柱单元。上、下弦杆作为梁单元，按空间协同工作玻三维空间分析程序计算整体的内力和位移。

桁架带钢桁架转换层上部框架结构接“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则，以保证带钢桁架转换层的结构具有较好的延性，确保

塑性饺在梁端出现，能够满足工程抗震的要求。转换桁架的相邻层楼板宜双向双层配筋，每个方向贯通钢筋的配筋率不宜小于

0.25％，且在楼板边缘、孔洞边缘应结合边梁设置予以加强。转换桁架上、下弦杆的配筋应加上楼板平面内弯曲计算引起的附加钢筋。

四．带钢桁架转换层高层建筑结构设计分析

1．梁式转换与精架转换的比较确定

与最为常见的转换结构形式梁式转换相比，本例中转换梁的跨度很大而且上部荷载较大，采用梁式的转换结构，转换梁的截面必然很大，一方面导致转换梁下部空间无法再利用、自重大、配筋多、不经济等缺点；另一方面导致沿竖向结构质量和刚度分布在带钢桁架转换层的变化不连续。发生突变，对结构的整体抗震性能不利。因此，需要另一种形式的转换构件来解决这个问题，而转换桁架具有传力明确，传力途径清楚，虽构造和施工复杂，但转换桁架不仅为开洞和设置管道创造了条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，可以充分利用该带钢桁架转换层的建筑空间，而且桁架带钢桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充甚至可以外露不填充，有利于减轻结构的自重；转换桁架的抗侧力刚度比转换梁要小，也就是说，具有桁架带钢桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变要比带转换梁的高层建筑缓和。

2．带钢桁架转换层合理取值要点

为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大.，为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大，保证带钢桁架转换层上、下部主体结构刚度与变形特征的接近。应控制好剪切刚度比，上、下主体结构的刚度分别要一个弱化一个强化。从而确保带钢桁架转换层下部大空间整体结构，达到合适的强度、刚度、延性和抗震能力。

（一）大底盘大空间剪力墙结构

由于带钢桁架转换层附近结构内力非常复杂，为保持主体刚度力求变化不过于悬殊，大底盘大空间剪力墙结构的上层与底盘刚度变化较小。仅主体部分部份上层与底盘剪切刚度比，大底盘的总刚度力求等于或稍大于上部楼层刚度，上层与底盘(包括主体和裙房)剪切刚度比小于或于1。.因此,底盘尽可能布置纵、横向剪力墙并加大厚度，剪力墙尽量布置在底盘的边、角部位，以加大其抗扭刚度.。

（二）底部大空间剪力墙结构

由于底部大空间剪力墙结构，底层大且部分剪力墙不落地改为框支，为防止底部刚度显着减小的突变。因此，应控制带钢桁架转换层上、下层剪切刚度比，其中：非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间，抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间。

（三）鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构

为防止鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构的刚度减少太多，且

在下部大空间层过于集中变形，因此，带钢桁架转换层上、下层剪切纵、横两个方向的刚度比，应为非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间；抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间。

3．带钢桁架转换层楼板平面内力和变形的计算

为确保带钢桁架转换层结构控制质量安全可靠，必须精确计算位于楼板平面内力和变形。目前，实际工程设计过程采用的计算分析程序，均假定楼板在自身平面内刚度为无穷大，只作刚体运动，没有相对变形.，导致框支柱的剪力比计算值大几倍。

4.转换桁架的具体形式的确定

（一）单层转换桁架与双层转换桁架的确定

采用精架结构作为高层建筑的转换构件时，一般情况是取出一层层高的高度作为转换桁架的高度。对于本项目，转换桁架位于结构的边缘，建筑师为了使转换桁架对于立面的影响降至最小，希望桁架仅在中庭设置，即取一层高度(4.00m)作为转换桁架的高度。在本例中各层的层高情况分别是：底层：6.44m，二层：4.80m：三层以上：4.00m，而结构的柱距

为 9.0m，若仅取 4.00m 为桁架高度时，在柱与柱之间必须另设一个桁架节点以保证桁架斜腹杆与水平弦杆的角度在合理的

450-550 之间。若取建筑的两层层高即 8.00m 为转换桁架的高度，则在柱与柱之间可以不必设置多余的桁架节点，使桁架的结构形式